CN206683758U - 可调微弱光发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及一种可调微弱光发生装置，包括：光源，设置于可调微弱光发生装置的一端，输出入射光；可调光阑，设置于光源的出射端，可调光阑调节开口面积，使得通过可调光阑的所述入射光的光通量发生变化；积分球，包括入射口、出射口、档屏和光电探测器，光电探测器输出探测光电流；可编程光度计，与光电探测器相连接，接收探测光电流，对探测光电流进行前置放大、模数转换和信号处理，形成光电反馈电路，为光源提供高稳定度恒流电。本实用新型实施例提供的可调微弱光发生装置，通过可调光阑使积分球出射口具有高稳定度的可调微弱光。该装置成本低，精度高，操作简便。

Description

可调微弱光发生装置

技术领域

本实用新型涉及光电探测器检测校准技术领域，尤其涉及一种可调微弱光发生装置。

背景技术

光电探测器检测校准技术是光学与电子学结合而产生的一门新兴检测技术。它包含两个主要方面，第一是光源强度的测量，即光辐射源检测；第二是光电探测器探测响应度、线性度等特性的检测。微弱光检测技术是光辐射及光电探测器检测校准技术领域低量程的范畴，因此也包含了上述的两个方面：光源和光探测器。现有的微弱光检测技术通常是先将光信号通过高灵敏度光电器件转换成电信号，再经前置放大电路放大后，由A/D转换电路将模拟信号转换成数字信号进行分析处理。此技术可以用来检测各类微弱光光源强度、高灵敏度探测器响应度(量子效率)、光探测仪器的光子计数或探测信号的线性度。

在化学分析领域中，对于基于发光探测原理的生化分析仪器均涉及微弱光检测技术，传统的方法是使用昂贵的标准物质产生荧光的方法对化学测试仪器进行校准定标，此法存在的问题包括：其所涉及的化学易耗品制备、保存和使用成本很高；由于标准物质纯度及使用环境因素的不确定性会导致仪器测量校准重复性不能进一步提高；探测过程复杂，长期使用会导致探测装置的探测精度降低；此法只能配置出有限的几种荧光强度，检测校准仪器时无法实现荧光强度的大动态范围连续调节。因此，传统的基于化学荧光的微弱光检测仪器校准技术还需要克服这些缺点，不断发展和完善。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可调微弱光发生装置，可直接应用在微弱光探测设备校准检测领域，尤其是在基于微弱光探测原理的生化分析仪器校准检测领域，具有降低检测校准使用消耗品的成本、缩短检测时间和提高装置校准的可重复性的优点，避免了配置标准物质溶液浓度反应发光法的繁琐过程和了由于标准物质浓度及环境温度导致的发光差异问题。同时本实用新型所提供的可调微弱光发生装置能够实现探测装置具有大动态范围连续可调并实时显示光源强度的特性，从而可对被校准微弱光测量仪器或光子计数类测试仪器进行多点高密度的线性考察，进而可以得到被测仪器的线性度和非线性范围，甚至可以在非线性区域进行数值修正，扩大被测仪器的动态范围。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种可调微弱光发生装置，包括：

光源、可调光阑、积分球和可编程光度计；

所述光源，设置于所述可调微弱光发生装置的一端，输出入射光；

所述可调光阑，设置于所述光源的出射端，所述可调光阑调节开口面积，使得通过可调光阑的所述入射光的光通量发生变化；

所述积分球，包括入射口、出射口、档屏和光电探测器；

所述积分球的入射口对应于所述可调光阑的光出射端设置，接收通过所述可调光阑的调整后的入射光；所述积分球的内壁具有反射涂层，反射波长范围为300nm至2500nm，反射率为95％-100％；

所述档屏垂直于所述入射口与所述出射口之间的连线设置，对所述调整后的入射光进行反射；所述反射形成的反射光经过所述积分球内壁的多次反射后，由所述光电探测器接收，并由出射口射出；

所述光电探测器对接收到的反射光进行光电转换，输出探测光电流；

所述可编程光度计，与所述光电探测器相连接，接收所述探测光电流，对所述探测光电流进行前置放大、模数转换和信号处理，形成光电反馈电路，从而根据所述光电反馈电路实时显示所述积分球的出射口输出所述可调微弱光的强度。

优选的，所述积分球包括第一半球和第二半球；

所述第一半球和所述第二半球通过球对接法兰贴合固定，使得所述积分球形成闭合结构。

进一步优选的，所述档屏包括：档屏本体和固定端；

所述固定端由所述档屏本体延伸；所述档屏本体的直径小于所述积分球的内径；

所述第一半球或第二半球的侧壁上具有凸起结构，所述固定端上具有连接孔，套接于所述凸起结构上；当所述第一半球与所述第二半球扣合为闭合结构时，所述档屏通过所述固定端固定于所述积分球内部。

优选的，所述可调光阑包括：光阑和调节装置；

所述调节装置包括调节旋钮、弹簧、调节杆和滑轨；

所述调节旋钮转动带动所述弹簧压缩或拉伸，使得所述调节杆沿所述滑轨在垂直入射光的方向上下移动，从而改变所述光阑的孔径。

进一步优选的，所述光阑的侧壁具有氧化涂层。

优选的，所述光源具体包括：平面冷光源、光学滤光片和散热器；

所述平面冷光源与所述光电反馈电路相连接，根据所述光电反馈电路提供的供电信号输出第一光源；

所述光学滤光片设置于所述平面冷光源的输出端，对所述第一光源进行滤光处理，输出所述入射光；

所述散热器套接于所述平面冷光源之外，对所述平面冷光源进行散热。

优选的，所述可调微弱光发生装置还包括支撑底座；

所述支撑底座至少为两个，分别设置于所述积分球和所述光源的底部；通过所述底座与所述可调微弱光发生装置的放置平面相接。

优选的，所述可编程光度计包括所述光电反馈电路、存储电路和接口电路；

其中，所述光电反馈电路包括：

微弱电流放大电路，接收所述光电探测器输出的探测光电流，对所述探测光电流进行信号放大处理；

模数转换电路，与所述微弱电流放大电路输出端相连，对所述信号放大处理后的探测光电流电压信号进行模数转换处理，输出数字信号；

微控制单元，与所述模数转换电路、存储电路和所述接口电路相连，对所述模数转换电路的数字信号进行处理，输出数字电压控制信号至所述存储电路和所述接口电路；

数控恒流源，与所述微控制单元相连接，根据所述微控制单元输出的数字电压控制信号，输出可控恒流供电信号；

量程切换电路，与所述微控制单元相连接，根据所述微控制单元输出的所述数字电压控制信号进行自动量程切换控制，生成控制信号反馈控制所述微弱电流放大电路。

进一步优选的，所述可编程光度计还包括：点阵液晶显示器和键盘。

本实用新型提供的可调微弱光发生装置，通过可编程光度计中的光电反馈电路控制平面冷光源，使其发出光强可控的入射光，入射光通过积分球内的反射被光电探测器所接收，光电探测器将探测光电流反馈给可编程光度计中的光电反馈电路，形成一个循环反馈，实现探测装置具有大动态范围连续可调并实时显示光源强度的特性，从而可对被校准微弱光测量仪器或光子计数类测试仪器进行多点高密度的线性考察，进而可以得到被测仪器的线性度和非线性范围，甚至可以在非线性区域进行数值修正，扩大被测仪器的动态范围。本实用新型实施例提供的可调微弱光发生装置成本低，精度高，操作简便。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的可调微弱光发生装置的剖面图；

图2为本实用新型实施例提供的可调微弱光发生装置的立体图；

图3为本实用新型实施例提供的可调微弱光发生装置的档屏的示意图；

图4为本实用新型实施例提供的可调微弱光发生装置的可编程光度计示的意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

图1为本实用新型可调微弱光发生装置的剖面图，图2为本实用新型可调微弱光发生装置的立体图，结合图1、图2所示，本实用新型的可调微弱光发生装置包括：光源1、可调光阑2、积分球3和可编程光度计4。

如图1所示，光源1具体包括平面冷光源11、光学滤光片12和散热器13。

其中，平面冷光源11与可编程光度计4中的光电反馈电路40相连接，根据光电反馈电路40提供的可控恒流供电信号作为平面冷光源11的供电输入，实现平面冷光源的高稳定度光输出。

光学滤光片12设置于平面冷光源11的输出端，通过光学滤光片12滤光后，输出入射光。因为本实用新型提出的可调微弱光发生装置，其目的是用装置产生的微弱光光源替代标准物质化学反应产生的微弱荧光，对化学荧光测试仪进行校准。本装置的光源出射光的颜色应与化学反应产生的荧光颜色尽量一致。因此，通过在平面冷光源的出射端加装光学滤光片，使得平面冷光源的光经过光学滤光片后颜色被改变，其颜色与化学荧光接近，从而能大幅消除不同型号被测荧光测试仪由于内部探测器响应度差异引起的测量误差。

散热器13套接于平面冷光源11之外，用来冷却平面冷光源11，延长光源的使用寿命，并且减小因温度的变化所产生的检测误差。

优选的，光源1所输出的微弱光的照度范围为(10-¹³～10-⁸)lx。

可调光阑2设置于光源1的出射端，可调光阑2具有光阑21和调节装置22。

具体的，调节装置22包括调节旋钮221、弹簧(图中未示出)、调节杆222和滑轨(图中未示出)。当调节旋钮221转动时，调节旋钮221带动调节杆222运动，使得弹簧(图中未示出)压缩或拉伸，从而使得调节杆222沿滑轨并沿垂直入射光的方向上下移动，从而改变光阑21的孔径，由此改变输入光的光通量的大小。通过这种方法调节光阑21，可以提升光阑21的调节平顺性，避免了卡死或无法回位的现象。另外，为了避免光阑21因反光现象影响输入光的光通量，光阑21的侧壁进行氧化处理，优选为氧化至发黑。

积分球3，具有入射口31、出射口32、档屏33和光电探测器34。

积分球3的入射口31对应于可调光阑2的光出射端设置，并且入射口31与出射口32之间的连线平行于入射光。通过入射口31可以接收通过可调光阑2的调整后的入射光。档屏33垂直于入射口31与出射口32之间的连线设置，对射入积分球3内的入射光进行反射，反射形成的反射光经过积分球3内壁的多次反射后，由出射口32射出，并且由光电探测器34接收。

进一步具体的，如图3所示，档屏33包括档屏本体331、固定端332和连接孔333。固定端332由档屏本体331延伸，其长度大于积分球3的内径，档屏本体331优选为圆形或近似圆形，其直径小于积分球3的内径。

结合图1-图3所示，积分球3的具体结构包括第一半球35和第二半球36。

第一半球35和第二半球36通过球对接法兰贴合固定，使得积分球3形成闭合结构。第一半球35或第二半球36的侧壁上具有凸起结构，相应的在另一半球的侧壁上具有凹槽结构，档屏33的固定端332上具有连接孔333，套接于凸起结构上。当第一半球35与第二半球36扣合呈闭合结构时，档屏331通过固定端332固定于积分球3的内部。

另外，为提高入射光的反射率，积分球3的内壁具有反射涂层。具体的，涂层实际厚度优选采用3mm左右，反射波长范围为300nm至2500nm，反射率不低于95％。

再如图1所示，可编程光度计4与积分球3中的光电探测器34电连接，接收第一探测光电流，通过对第一探测光电流进行前置放大、模数转换和信号处理，形成光电反馈电路40，并输出可控恒流供电信号。由光电反馈电路40给光源1供电后，调节可调光阑2，在积分球3出射口输出可调微弱光，同时，可控恒流供电信号强度由光电反馈电40路处理后实时显示至其他设备上。

图4为本实用新型可调微弱光发生装置的可编程光度计的示意图。再结合图1-图4所示，可编程光度计4包括供光电反馈电路40，以及储存电路46、接口电路47。光电反馈电路40具体包括：微弱电流放大电路41、模数转换电路42、量程切换电路43、微控制单元44和数控恒流源45。本实施例中的可编程光度计4可以理解为一个可观测仪表，是一个可以进行数据输入、输出并具有处理功能的装置。

其中，微控制单元44进行两大部分的独立控制：

第一部分是通过控制微弱电流放大电路41及数模转换电路42对光电探测器34进行信号采集。若数模转换电路42发送给微控制单元44的采集值不在当前量程范围内，微控制单元44会通过数字电压控制信号控制量程切换电路43使微弱电流放大电路41切换到合适的量程。量程合适后，微控制单元44通过点阵液晶显示器48对切换量程后的光源强度数据进行显示。另外，通过键盘48可以向微控制单元44输入一些校准信息，也可以通过微控制单元44控制存储电路46进行只读存储器写入，实现数字信息永久保存。

第二部分是微控制单元44控制改变数控恒流源45部分电路的参考电压，从而实现数控恒流源45电流输出的数字控制。

微控制单元44所有的控制信号都是电压类型的信号，优选的，微控制单元44通过串行外设接口(Serial Peripheral Interface，SPI)总线进行操作。

具体的，因微弱光所产生的电流极小，所以微弱电流放大电路41选用宽量程高灵敏微弱电流放大电路，此微弱电流放大电路接收光电探测器34输出的第一探测光电流，并对探测光电流进行信号放大处理；模数转换电路42用来对放大处理后的探测光电流进行数字化处理，并输出第一数字信号，转换后的第一数字信号经微控制单元44进行第一次数字处理。经过上述第一次数字处理后的数据同时会反馈给量程切换电路43，通过量程切换电路43根据微控制单元44所输出的数字电压控制信号自动切换量程后，形成第二探测光电流，第二探测光电流再次依次进行电流放大、模数转换处理，由此形成一个探测光电流循环。以上循环过程可以多次重复。

同时，微控制单元44还会把本次探测光电流循环的检测结果发送至接口电路47中。接口电路47可以通过微控制单元44程序固件的指令协议与电脑或其它上位机进行数据通信，以便检测者对检测结果进行保存。

再如图1所示，积分球3和光源1的底部具有支撑底座5，在具体实施中至少包括两个支撑底座51、52，分别设置于积分球3下方以及散热器13下方，支撑底座51、52与整个可调微弱光发生装置的放置平面相接，支撑起整个可调微弱光发生装置使其高于可调微弱光发生装置的放置面，从而起到平衡、散热、防震等作用。

当使用可调节微弱光发生装置时：

首先，光电反馈电路40产生第一电流给平面冷光源11使其产生第一光源信号，第一光源信号通过光学滤光片12进行过滤，形成入射光。

经过光学过滤片12过滤后的入射光通过光阑2调节光通量，从入射口31进入积分球3。输入光经过积分球3的内壁和档屏33进行多次反射后由光电探测器34接收，并且由出射口32射出至测试仪器。

光电探测器34中的感光机件产生第一探测光电流，第一探测光电流经微弱电流放大电路41放大电流后进入模数转换电路42，生成第一数字信号，并将第一数字信号传输给微控制单元44。

微控制单元44根据第一数字信号确定当前得到的探测光电流的值是否在当前量程范围内，如果在，则转换为第一数字电压控制信号发送给储存电路46和接口电路47，进行个性化编程及通信。如果确定不在当前量程范围内，则根据所述第一数字信号和量程设定参数输出量程切换控制信号发送给量程切换电路43进行微弱电流放大电路41量程切换处理。处理后输出第一控制信号反馈至微弱电流放大电路41形成第一次探测光电流的反馈循环后再经过模数转换电路42进入微控制单元44。在处于量程范围内的情况下由微控制单元44输出第一数字电压控制信号，发送至点阵液晶显示器48和接口电路47，进行个性化显示及通信；或者直接使用储存电路46和接口电路47中的外接程序，把已被编程的数字电压控制信号返回到微控制单元44中，形成第二数字电压控制信号。

最后，数控恒流源45接收经过微控制单元44编程后的数字电压控制信号产生可控恒流供电信号。通过调节可调光阑2的微分机械调节旋钮221，在出射口32产生由弱到强的微弱光，同时可控恒流供电信号强度由光电反馈电40路处理后实时显示至点阵液晶显示器48或接口电路47上。通过调节出射口32的微弱光强度产生不同的检测数据，检测者可将不同的检测数据对比后对测试仪器进行校准。

本实用新型实施例提供的可调微弱光发生装置,可以替代使用昂贵的标准物质产生荧光的方法对测试仪器进行校准。具有降低检测校准使用消耗品的成本、缩短检测时间和提高装置校准的重复性的优点，避免了配置标准物质溶液浓度反应发光法的繁琐过程和了由于标准物质浓度及环境温度导致的发光差异问题。并且，可编程光度计的设计很好的解决了微弱光探测结果单一、不可持续和不可动态显示的问题。实现了探测装置具有大动态范围连续可调并实时显示光源强度的特性，从而可对被校准微弱光测量仪器或光子计数类测试仪器进行多点高密度的线性考察，进而可以得到被测仪器的线性度和非线性范围，甚至可以在非线性区域进行数值修正，扩大被测仪器的动态范围。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可调微弱光发生装置，其特征在于，所述可调微弱光发生装置包括：光源、可调光阑、积分球和可编程光度计；

所述光源，设置于所述可调微弱光发生装置的一端，输出入射光；

所述可调光阑，设置于所述光源的出射端，所述可调光阑调节开口面积，使得通过可调光阑的所述入射光的光通量发生变化；

所述积分球，包括入射口、出射口、档屏和光电探测器；

所述入射口对应于所述可调光阑的光出射端设置，接收通过所述可调光阑的调整后的入射光；所述积分球的内壁具有反射涂层，反射波长范围为300nm至2500nm，反射率为95％-100％；

所述档屏垂直于所述入射口与所述出射口之间的连线设置，对所述调整后的入射光进行反射；所述反射形成的反射光经过所述积分球内壁的多次反射后，由所述光电探测器接收，并由出射口射出；

所述光电探测器对接收到的反射光进行光电转换，输出探测光电流；

所述可编程光度计，与所述光电探测器相连接，接收所述探测光电流，对所述探测光电流进行前置放大、模数转换和信号处理，形成光电反馈电路，从而根据所述光电反馈电路实时显示所述积分球的出射口输出所述可调微弱光的强度。

2.根据权利要求1所述的可调微弱光发生装置，其特征在于，所述积分球包括第一半球和第二半球；

所述第一半球和所述第二半球通过球对接法兰贴合固定，使得所述积分球形成闭合结构。

3.根据权利要求2所述的可调微弱光发生装置，其特征在于，所述档屏包括：档屏本体和固定端；

所述固定端由所述档屏本体延伸；所述档屏本体的直径小于所述积分球的内径；

所述第一半球或第二半球的侧壁上具有凸起结构，所述固定端上具有连接孔，套接于所述凸起结构上；当所述第一半球与所述第二半球扣合为闭合结构时，所述档屏通过所述固定端固定于所述积分球内部。

4.根据权利要求1所述的可调微弱光发生装置，其特征在于，所述可调光阑包括：光阑和调节装置；

所述调节装置包括调节旋钮、弹簧、调节杆和滑轨；

所述调节旋钮转动带动所述弹簧压缩或拉伸，使得所述调节杆沿所述滑轨在垂直入射光的方向上下移动，从而改变所述光阑的孔径。

5.根据权利要求4所述的可调微弱光发生装置，其特征在于，所述光阑的侧壁具有氧化涂层。

6.根据权利要求1所述的可调微弱光发生装置，其特征在于，所述光源具体包括：平面冷光源、光学滤光片和散热器；

所述平面冷光源与所述光电反馈电路相连接，根据所述光电反馈电路提供的供电信号输出第一光源；

所述光学滤光片设置于所述平面冷光源的输出端，对所述第一光源进行滤光处理，输出所述入射光；

所述散热器套接于所述平面冷光源之外，对所述平面冷光源进行散热。

7.根据权利要求1所述的可调微弱光发生装置，其特征在于，所述可调微弱光发生装置还包括支撑底座；

所述支撑底座至少为两个，分别设置于所述积分球和所述光源的底部；通过所述底座与所述可调微弱光发生装置的放置平面相接。

8.根据权利要求1所述的可调微弱光发生装置，其特征在于，所述可编程光度计包括所述光电反馈电路、存储电路和接口电路；

其中，所述光电反馈电路包括：

微弱电流放大电路，接收所述光电探测器输出的所述探测光电流，对所述探测光电流进行信号放大处理；

模数转换电路，与所述微弱电流放大电路输出端相连，对所述信号放大处理后的探测光电流电压信号进行模数转换处理，输出数字信号；

微控制单元，与所述模数转换电路、存储电路和所述接口电路相连，对所述模数转换电路的数字信号进行处理，输出数字电压控制信号至所述存储电路和所述接口电路；

数控恒流源，与所述微控制单元相连接，根据所述微控制单元输出的数字电压控制信号，输出可控恒流供电信号；

量程切换电路，与所述微控制单元相连接，根据所述微控制单元输出的所述数字电压控制信号进行自动量程切换控制，生成控制信号反馈控制所述微弱电流放大电路。

9.根据权利要求8所述的可调微弱光发生装置，其特征在于，所述可编程光度计还包括：点阵液晶显示器和键盘。